NL8602966A - Verwarmingsketel met tapwatervoorziening alsmede een warmtewisselaar voor een dergelijke verwarmingsketel. - Google Patents

Description

863102/Rey/en ^

Korte aanduiding: Verwarmingsketel met tapwatervoorziening alsmede een warmtewisselaar voor een dergelijke verwarmingsketel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verwarmingsketel met gebruikswatervoorziening, omvattende een van een brander voorziene verbrandingskamer met een uitlaat voor de rookgassen, in welke verbrandingskamer een warmtewis-5 selaar voor een verwarmingsmedium is aangebracht, die bestaat uit een aantal evenwijdige, zich tussen twee tegenover elkaar liggende wanden van de verbrandingskamer uitstrekkende buis-stukken, die door middel van kamers vormende verbindingsdelen met elkaar in verbinding staan en achtereenvolgens door het 10 verwarmingsmedium worden doorstroomd, waarbij een aantal van deze buisstukken zijn voorzien van een zich coaxiaal hierbinnen uitstrekkende leiding voor gebruikswater welke leidingen voor gebruikswater onderling met elkaar in verbinding staan voor het vormen van een doorgaand kanaal aangesloten 15 op een toevoer en anderzijds op een afvoer van gebruikswater.

Het probleem dat zich bij dergelijke verwarmingsketels voordoet is de gekompliceerde opbouw van de warmtewisselaar daar de warmtewisselaar voor het gebruikswater in feite is geïntegreerd in de warmtewisselaar voor het verwar-20 mingsmedium. Dit probleem speelt des te meer als de met rookgassen in aanraking komende delen van de warmtewisselaar zijn vervaardigd uit een aluminium legering, terwijl de leidingen voor het gebruikswater uit koper dienen te zijn vervaardigd.

De aanwezigheid van koper in de nabijheid van aluminium heeft 25 in een zuurstofrijke omgeving tot gevolg dat het aluminium wordt aangetast (opgelost) tengevolge van het potentiaalverschil tussen beide materialen.

De uitvinding beoogt een verwarmingsketel te verschaffen waarbij het hierboven geschetste probleem op doel-30 matige wijze wordt vermeden, welke ketel bovendien een goede warmte-overdracht naar zowel het verwarmingsmedium als naar het gebruikswater waarborgt.

Een volgend oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een verwarmingsketel met een kompakte opbouw, 8602966 . * « < - 2 - die gemakkelijk is te vervaardigen en samen te stellen.

De bovengenoemde oogmerken worden volgens de uitvinding bereikt, doordat de coaxiaal binnen de betreffende buis-stukken gelegen leidingen voor gebruikswater zich elk uit-5 strekken door de verbindingsdelen heen en t.o.v. deze verbindingsdelen zijn afgedicht, welke leidingen buiten de verbindingsdelen met elkaar in verbinding staan.

Doordat de leidingen voor het gebruikswater tot buiten de verbindingsdelen doorlopen, kunnen deze leidingen ge-10 makkelijk op elkaar worden aangesloten, waarbij de aansluit-delen niet met het verwarmingsmedium in aanraking komen.

Bij voorkeur bestaat elk buisstuk, dat een leiding voor gebruikswater bevat uit een van uitwendige ribben voorzien dikwandig pijpdeel met een centrale doorgang, die de 15 leiding voor het gebruikswater vormt, waarbij het pijpdeel aan beide uiteinden een dunwandig gedeelte heeft met kleinere diameter en in het dikwandige deel een aantal axiale kanalen zijn aangebracht voor het verwarmingsmedium, die aan de buitenomtrek van de dunwandige gedeelten uitmonden in de kamers 20 van de hierop aangesloten verbindingsdelen, terwijl de dunwandige gedeelten zich uitstrekken door de verbindingsdelen heen.

Deze konstruktie heeft het voordeel dat zowel het verwarmingsmedium als het gebruikswater direkt via de wand 25 van het buisstuk worden verwarmd, zodat naar beide media een goede warmteoverdracht is verzekerd.

Volgens de uitvinding is elk buisstuk vervaardigd uit een aluminiumlegering en is de leiding voor het gebruikswater voorzien van een inwendige koperen bekleding. De het 30 kanaal voor het gebruikswater vormende leidingen zijn zodoende uitgevoerd als bi-metalen .buizen zodat het ".probleem van het aantasten van het aluminium zich niet voordoet. De aan-sluitstukken tussen de leidingen kunnen nu bestaan uit. koperen bochtstukken daar deze bochtstukken niet via verwarmings-35 medium in aanraking staan met het aluminium.

Teneinde de rookgassen ook te kunnen afkoelen tot @602966 9 Λ - 3 - onder hun condensatie-temperatuur als de verwarmingsketel alleen funktioneert als warmwatervoorziening, .is volgens de uitvinding de .toevoer voor gebruikswater aangesloten op de leiding voor gebruikswater die is gelegen binnen het buisstuk 5 dat het laatst met de rookgassen in aanraking komt.

Op deze wijze ontstaat tijdens het tappen van gebruikswater een geiser die de rookgassen tot onder het dauwpunt afkoelt zodat zou kunnen worden gesproken van een "hoog-rendements geiser".

10 De uitvinding is tevens belichaamd in een warmte wisselaar die zich onderscheidt, doordat deze bestaat uit een aantal dikwandige evenwijdige buisstuken, die op elkaar zijn aangesloten door kamers vormende verbindingsdelen en elk in hun wand één of meer axiale doorgangen hebben, die 15 uitmonden in de kamers van de hierop aansluitende verbindingsdelen en de centrale doorgang van elk buisstuk dat een lei- . ding vormt voor gebruikswater is verlengd tot buiten de verbindingsdelen en met elkaar in verbinding staan.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand 20 van de tekening, waarin: fig. 1 schematisch een verwarmingsketel volgens de onderhavige uitvinding weergeeft; fig. 2 een detail toont van de verwarmingsketel uit fig. 2;

25 fig. 3 een aanzicht toont volgens doorsnede III-III

in fig. 2; fig. 4 een doorsnede toont van een gedeelte van een andere uitvoeringsvorm van de warmtewisselaar volgens de uitvinding ; 8602966 i - 4 - fig. 5 een doorsnede toont volgens de lijn V-V in fig. 4.

Fig. 1 toont schematisch een verwarmingsketel 1 bestaande uit een verbrandingskamer 2, waarin een brander 3 en 5 een warmtewisselaar 4 voor een verwarmingsmedium zijn aangebracht. De verbrandingskamer heeft tevens een uitlaat 5 voor de rookgassen.

De warmtewisselaar 4 bestaat uit een aantal evenwijdige buisstukken 6, 6', die aan de buitenkant zijn voorzien 10 van ribben 7. De buisstukken staan via verbindingsdelen 8, 8' met elkaar in verbinding en worden na elkaar door het verwarmingsmedium doorstroomd, en wel zodanig dat het koude verwarmingsmedium de warmtewisselaar binnenkomt via de buisstukken, die het laatst met de rookgassen in aanraking komen.

15 De warmtewisselaar 4 voor verwarmingsmedium is ge- kombineerd met een warmtewisselaar 9 voor het tapwater. De warmtewisselaar 9 wordt gevormd door een binnen elk buisstuk 6, 6' aangebracht pijpdeel 10, 10', zodat in elk buisstuk twee kanalen ontstaan. Het buitenste kanaal wordt hierbij 20 doorstroomd door verwarmingsmedium en het centrale kanaal door tap- of gebruikswater. De verschillende pijpdelen zijn met elkaar.verbonden door bochtstukken 11.

De pijpdelen 10, 10' zijn aan de buitenkant voorzien van ribben 12, die in fig. 1 dwars op de lengterichting van 25 de pijpdelen lopen, maar zich eventueel ook in de lengterichting hiervan kunnen uitstrekken, zoals weergegeven in de fig.

2 en 3·.

Het bochtstuk 11, dat twee evenwijdige pijpdelen 10, 10' verbindt, steekt uit buiten het verbindingsdeel 8 van de 30 buisstukken 6 en 61 van de warmtewisselaar 4. Dit betekent dat de pijpdelen 10 en 10' door het verbindingsdeel 8 lopen en de konstruktie hiervan is meer in detail weergegeven in de fig. 2 en 3.

In de fig. 2 en 3 is een uiteinde van het buisstuk 35 weergegeven, dat is verbonden met het verbindingsdeel 8, welk verbindingsdeel kan zijn geïncorporeerd in de wand van de verbrandingskamer. Het uiteinde van het buisstuk 6 is ten opzich- 8602966 7 ï - 5 - te van het verbindingsdeel 8 afgedicht door middel van een 0-ring 13. Het pijpdeel 10 voor het tapwater loopt koncen-trisch binnen het buisstuk 6 en is via een opening 14 in het verbindingsdeel 8 naar buiten geleid, in welke opening een 5 afdichtring 15 is aangebracht.

In het in de fig. 2 en 3 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is het pijpdeel 10 voorzien van radiale zich in de lengterichting van het pijpdeel uitstrekkende ribben 12, terwijl de ribben 7 aan de buitenkant van het buisstuk 6 schroeflijn-10 vormig lopen.

De pijpdelen 10, 10' van de warmtewisselaar voor tapwater bestaan uit een koperen binnenbuis met aansluitend hieromheen een buitenkant van een aluminiumlegering. Deze kon-struktie komt tegemoet aan de eis, dat de leiding voor tap-15 water uit koper moet bestaan, en aluminium en koper elkaar niet verdragen in een zuurstofrijke omgeving, ten gevolge van een potentiaalverschil tussen beide metalen.

Zoals hierboven reeds gesteld, komt het koude ver-warmingsmedium de warmtewisselaar 4 binnen via de buisstukken 20 van de warmtewisselaar, die het laatst door de rookgassen worden doorstroomd. Dit heeft voordeel, dat de rookgassen tot onder hun kondensatietemperatuur kunnen worden afgekoeld. Overeenkomstig hiermee geschiedt de toevoer van koud tapwater in de warmtewisselaar 9 in de pijpdelen van deze warmtewisse-25 laar, die zijn gelegen in de buisstukken van de warmtewisselaar 4, die het laatst door de rookgassen worden doorstroomd.

Met andere woorden, het verwarmingsmedium en het tapwater doorlopen de buisstukken in dezelfde of nagenoeg dezelfde volgorde. Indien de verwarmingsketel nu slechts wordt gebruikt 30 voor het tappen van warm water, kunnen de rookgassen eveneens tot onder hun kondensatietemperatuur worden afgekoeld, zodat de "hoog-rendement" werking van de ketel ook optreedt bij het gebruik hiervan als geiser.

Met behulp van de konstruktie volgens de uitvinding 35 wordt zodoende niet alleen een eenvoudige en kompakte eenheid verkregen, maar tevens een "hoog-rendement" tapwatervoorzie- 8602966 - 6 - • v ning.

De figuren 4 en 5 tonen een andere uitvoeringsvorm van de verwarmingsketel volgens de uitvinding. In plaats van de uit koncentrische buizen samengestelde warmtewisselaar, 5 bestaat de warmtewisselaar hier uit een aantal evenwijdige dikwandige pijpdelen 16, 16' en 16" die aan de buitenomtrek zijn voorzien van schroeflijnvormige ribben 17.

In de wand van elk buisstuk 16, 16', 16" zijn een aantal doorgangen 18 aangebracht die zich in de lengterich-10 ting van het buisstuk uitstrekken en op regelmatige afstand van elkaar liggen. De doorgangen 18 vormen gezamenlijk in elk buisstuk het kanaal voor het verwarmingsmedium.

De wand van elk buisstuk versmalt zich aan beide uiteinden via een konisch overgangsdeel 19 tot een dunwandig 15 deel 20. De doorgangen 18 monden uit in het konische overgangsdeel 19. De buisstukken 16, 16' en 16" zijn op elkaar aangesloten via kamers vormende verbindingsdelen 21 die de doorgangen 18 van twee opeenvolgend doorstroomde buisstukken met elkaar in verbinding stellen. Het dunwandige deel 20 van 20 elk buisstuk loopt door het verbindingsdeel heen en is ten opzichte hiervan afgedicht door een 0-ring 22.

De centrale doorgang van het dikwandige buisstuk, dat is bestemd voor het doorvoeren van tap- of gebruikswater, is voorzien van een koperen bekleding 23 die in het buisstuk 25 is gewalst. De centrale doorgangen van twee opeenvolgend doorstroomde buisstukken zijn op elkaar aangesloten door een koperen bochtstuk 24 dat zodoende buiten het verbindingsdeel ligt. Deze konstruktie heeft tot gevolg dat er noch via het verwarmingsmedium noch via het tapwater kontakt aanwezig is 30 tussen het koper van de tapwaterleiding en de aluminiumlege-ring van de buisstukken.

Zoals duidelijker blijkt uit fig. 5 zijn de buisstukken steeds naast elkaar in een vlak geplaatst, waarbij het verwarmingsmedium en het tapwater elk buisstuk in tegenstroom 35 kunnen doorlopen. De buisstukken zijn bij voorkeur gerangschikt in meerdere evenwijdig aan elkaar lopende vlakken. De 8602966 ' Jf - 7 - rookgassen passeren de warmtewisselaar in de richting van de pijlen A.

Tussen de wanden van de verbrandingskamer en het hieraangrenzende buisstuk is een geleidingsblok 25 aange-5 bracht, terwijl tussen de buisstukken onderling eveneens ge-leidingsblokken 26 zijn aangebracht. Deze blokken hebben tot doel de rookgassen tussen de ribben 17 van de buisstukken te geleiden teneinde een optimale warmte-overdracht te verzekeren.

10 De warmte van de rookgassen wordt via de dikke wand zowel direkt aan het in de doorgangen 18 stromende verwar-mingsmedium als direkt aan het door het centrale kanaal stromende gebruikswater overgedragen, zodat steeds naar beide media een goede warmte-overdracht is verzekerd met het behoud 15 van de kompakte bouw van de warmtewisselaar.

Het zal duidelijk zijn dat binnen het kader van de uitvinding een groot aantal varianten mogelijk zijn met betrekking tot het aantal en de opstelling van de koncentri-sche buisdelen en de onderlinge verbindingen hiertussen.

860296$

Claims (8)

863102/Rey/en - 8 -

1. Verwarmingsketel met gebruikswatervoorziening, omvattende een van een brander voorziene verbrandingskamer met een uitlaat voor de rookgassen, in welke verbrandingskamer een warmtewisselaar voor een verwarmingsmedium is aangebracht, 5 die bestaat uit een aantal evenwijdige, zich tussen twee tegenover elkaar liggende wanden van de verbrandingskamer uitstrekkende buisstukken, die door middel van kamers vormende verbindingsdelen met elkaar in verbinding staan en achtereenvolgens door het verwarmingsmedium worden doorstroomd, waar-10 bij een aantal van deze buisstukken zijn voorzien van een zich coaxiaal hierbinnen uitstrekkende leiding voor gebruiks-water welke leidingen voor gebruikswater onderling met elkaar in verbinding staan voor het vormen van een doorgaand kanaal d^eïi^c?anges 1 oten op een toevoer en anderzijds op een afvoer 15 van gebruikswater, met het kenmerk, dat de coaxiaal binnen de betreffende buisstukken gelegen leidingen voor gebruikswater zich elk uitstrekken door de verbindingsdelen heen en t.o.v. deze verbindingsdelen zijn afgedicht, welke leidingen buiten de verbindingsdelen met elkaar in verbinding 20 staan.

2. Verwarmingsketel volgens conclusie l,met het ken.merk, dat elk buisstuk, dat een leiding voor gebruikswater bevat, bestaat uit een van uitwendige ribben voorzien dikwandig pijpdeel met een centrale doorgang, die de 25 leiding voor het gebruikswater vormt, waarbij het pijpdeel aan beide uiteinden een dunwandig gedeelte heeft met kleinere diameter en in het dikwandige deel een aantal axiale kanalen zijn aangebracht voor het verwarmingsmedium, die aan de buitenomtrek van de dunwandige gedeelten uitmonden in de kamers 30 van de hierop aangesloten verbindingsdelen, terwijl de dunwandige gedeelten zich uitstrekken door de verbindingsdelen heen.

3. Verwarmingsketel volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat elk buisstuk bestaat uit een uitwendige 35 van ribben voorziene buis met een coaxiaal hierbinnen gelegen 8602966 - 9 - buis voor het gebruikswater, die aan de buitenomtrek is voorzien van ribben en zich steeds tot buiten de verbindingsdelen uitstrekt.

4. Verwarmingsketel volgens conclusie 1, 2 of 3, met 5 het kenmerk, dat elk buisstuk is vervaardigd uit een aluminium legering en de leiding voor het gebruikswater is voorzien van een inwendige koperen bekleding.

5. Verwarmingsketel volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de toevoer 10 voor gebruikswater is aangesloten op de leiding voor gebruikswater die is gelegen binnen het buisstuk dat het laatst met de rookgassen in aanraking komt.

6. Verwarmingsketel volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de buisstukken naast elkaar 15 in één of meer evenwijdig aan elkaar lopende vlakken zijn gerangschikt en tenminste tussen de buisstukken die zijn gelegen in het laatste door de rookgassen doorstroomde vlak gelei-dingsblokken zijn aangebracht om de rookgassen te dwingen tussen de ribben van de buisstukken te stromen.

7. Warmtewisselaar voor een verwarmingsketel volgens één of meer van de voorafgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat deze bestaat uit een aantal dikwandige evenwijdige buisstukken, die op elkaar zijn aangesloten door kamers vormende verbindingsdelen en elk in hun wand één of 25 meer axiale doorgangen hebben, die uitmonden in de kamers van de hierop aansluitende verbindingsdelen en de centrale doorgang van elk buisstuk dat een leiding vormt voor gebruikswater is verlengd tot buiten de verbindingsdelen en met elkaar in verbinding staan.

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, m e t het 8602966 - 10- kenmerk, dat elk buisstuk is vervaardigd uit een alumi-niumlegering en de leiding voor gebruikswater is voorzien van een inwendige koperen bekleding en de verschillende leidingen voor gebruikswater met elkaar in verbinding staan door kope-5 ren bochtstukken. @602966